浅析混凝土结构裂缝成因及控制措施

【摘要】目前在我国的建筑工程中，采用最多的还是混凝土结构形式。在施工中，我们经常遇到这样的问题：混凝土结构开裂后，其性能与原状混凝土性能相差很大，这样会严重影响结构的长期安全和耐久运行。本文分析了混凝土结构裂缝的成因和机理，并从各个方面提出了预防结构裂缝的综合措施，用以确保混凝土的质量，减少裂缝的发生。

【关键词】混凝土；裂缝；水泥水化热；温度；湿度；变形1、分析混凝土结构裂缝的成因

裂缝对工程安全性是至关重要的，因此我们必须分析一下钢筋混凝土结构的裂缝产生的原因。我总结了一下，主要有这些因素：结构的实际工作状态与设计模型的差异而产生的结构次应力引起的裂缝；由外部荷载引起的裂缝缝隙；由温度差、收缩、膨胀、不均匀沉降等因素产生的变形应力而引起的裂缝；由于结构截面大，水泥用量多，水泥水化释放的水化热能产生很大的温度变化和收缩产生的大体积混凝土裂缝。

1.1、由于温度导致变形

在大体积施工的过程当中，因为混凝土结构的截面面积较大，所以水泥会在水化的过程中产生大量的水化热量，而热量散发不易，容易使温升较大，从而使混凝土的体积变增。如果此变形在不受约束的时侯，在混凝土的结构内部就不会产生应力。不过现实中这种变形是会受到两种约束的，其一是外部环境温度与混凝土的差异引起的约束，其二是内部的条件不同而产生的约束，这两种约束产生的应力为温度应力。在工程中，这类裂缝较多见，譬如现浇屋面板上的裂缝，大体积混凝土的裂缝等。

1.2、由于湿度导致变形

湿度变化引起的混凝土内部各单元体之间相互约束，产生的应力称作干缩应力。由于湿度传导率远比热度传导率小，干缩应力主要产生在混凝土表面附近。除此之外，混凝土还有自身体积变形应力以及地基不均匀沉降而产生的相应的变形应力。在这些非结构荷载应力中，主要是温度应力和变形应力。在大体积混凝土结构施工早期，也是水化热的温度迅速升高阶段。这时混凝土内、外由于散热条件不同，会形成温度落差，使表面受拉，而内部受压。混凝土在降温时，由于温差引起的变形一级混凝土自身的体积收缩变形，会因为受到地基和结构边界条件的约束而在浇筑体的中央断面产生内部拉应力，当该拉应力超过混凝土抗拉强度时，混凝土整个截面就会产生贯穿裂缝。

2、控制混凝土裂缝的基本方法

2.1 混凝土裂缝的控制原理

我们必须降低混凝土外部约束与非线性降温和收缩所产生的拉应力，提高混凝土相应龄期的抗拉强度和极限拉伸，以确保混凝土抗裂的安全度要求。在控制裂缝时可采用双控制方法-- 温差与温度应力双控制，这样就能避免温度裂缝出现。任一降温温差包含水化热引起的温差和收缩当量温差，又都可以分解为均匀降温差和非均匀降温差两种。前者产生外约束力，它成为贯穿性裂缝的主要原因；后者引起自约束力，形成表面裂缝；只有同时控制好这两钟降温差，才能减少和避免混凝土裂缝的产生。

2.2 对混凝土裂缝的阶段控制

刚才我们说了混凝土产生裂缝有几个主要原因，我们必须将其控制在可控范围。主要就是在设计阶段和施工阶段。在设计阶段，设计人员必须合理规划使用混凝土强度等级、钢筋的品种、规格、建筑物的结构形式等，有效的进行裂缝的控制。在施工阶段，我们可以加入外加剂，从而改善混凝土的性能，以此降低混凝土的内外温差、降低水泥的水化热。在结构中采用施工缝或变形缝，并加强混凝土中的配筋率，使用这些措施来减少混凝土的有害收缩裂缝。

2.3 采取合理的设计与施工方案

在大体积混凝土结构中，各项指标均要求较高，并且普遍都采用泵送混凝土，因此我们应该根据工程所处条件，对水灰比、砂石率、水泥用量及掺合料的用量等进行优化设计，选择最优最合理的方案。

具体包括：砂石率的选择。尽量使用粒径较大、级配良好的粗骨料，在少筋的大体积混凝土中，掺合一定量的大石块（20%左右），这样可以使混凝土的用量减少一些，从而节省了水泥一级降低了水化热。水泥选取时，可用中低水化热水泥，用以减少混凝土升温。充分利用混凝土后期强度，减少每立方米混凝土中水泥用量。采用混凝土双掺技术，即在混凝土中加入优质粉煤灰，掺入的量一般为水泥用量的20% 左右，掺入缓凝型减水剂，用量为水泥用量的 1.0% 左右。通过采用双掺技术，来减少水泥用量，从而降低水化热并使混凝土在常温下延长初凝时间。加入UEA 或AEA 膨胀剂，用量为水泥用量的14% 左右，使混凝土在凝固过程中不产生收缩，还可以提高混凝土自身的防水能力。

2.4 构造设计方面的控制措施

2.4.1 设置合理的伸缩缝与后浇带

当一种材料的收缩与膨胀线性系数为一定值时，其面积和体型越大，那么收缩或温差应力引起的变形及产生裂缝的可能性就越大。所以，我们必须合理设置建筑的伸缩缝，以达到控制混凝土温差变形裂缝的目的。在设计时我们就要严格执行各类规范，设置伸缩缝不能超出规定范围，另外还要结合具体工程结构特点再加上当地实际环境气候等来缩小伸缩缝的间隔，这样就可以控制混凝土结构的温差裂缝。

设计施工图时应该注意合理位置预留后浇带，并明确提出施工中的注意事项。因为当建筑体形较大、高度差较大以及建筑为不规则的形状时，我们通常不便设置伸缩缝。这时为了防止混凝土因温差、沉降、收缩等的变形而产生裂缝，我们就要特别浇筑这种后浇带混凝土结构。

2.4.2 适当的增大板厚以及构件配筋率

在钢筋混凝土结构中，钢筋是控制由于温差和收缩变形而产生的裂缝的主体。我们不仅要按规范对混凝土构件的纵向配筋规定最小配筋率，还要在温度等因素对结构产生较大的影响时，来适当的增加构件的配筋率。由于我国地域辽阔，一些地区白天和夜晚的温差较大，热胀冷缩的不断循环就会造成混凝土结构产生  温差裂缝。我们在工程实践中看到，一些构件裂缝较多就是因为配筋率较小，所以设计人员要重视这些原因，在设计时充分考虑工程所处区域的气候特点和建筑物的不同部位，适当的增大构件的配筋率。

在一些楼板平面刚度较小的地方一般都容易产生裂缝，裂缝通常平行于板的长边并贯通梁侧。我们可采用的控制方法是加厚该处的楼板厚度，在满足板面的计算配筋要求之外，另外配置≥ Φ8@200 的双向通长钢筋，在梁两侧用纵向构造腰筋。此外露梁板是温差裂缝的多发区域。我们的控制方法是在板面长度方向构造Φ8@200 通长钢筋。

2.5 混凝土结构原料的控制

2.5.1 选用材料

我们应优先采用水化热低的水泥配制大体积混凝土，如矿渣硅酸盐水泥。在施工中避免使用含泥量高的集料，因使用含泥量高的集料会导致集料表面与水泥石的机械粘结力降低，而且会增加混凝土拌合物的用水量，不仅增加了混凝土的收缩，同时降低了混凝土的抗拉强度，导致收缩裂缝发生。

2.5.2 方法的选择

我们需要降低混凝土的绝对温升值来控制裂缝，采用的方法就是降低水泥的用量。

2.5.3 控制掺合料和外加剂的控制。

掺合料的质量对混凝土裂缝有显著的影响，当前用的掺合料主要是粉煤灰或矿粉，它们可以提高混凝土的和易性大大改善混凝土工作性能和可靠性，粉煤灰对混凝土的早期干缩影响很大，使用细度较粗或含碳量高的粉煤灰会大幅度增加混凝土的需水量，从而加大混凝土的收缩导致开裂。

外加剂主要指减水剂、缓凝剂和膨胀剂。混凝土中掺入减水剂，不仅使混凝土工作性能有了明显的改善，同时又减少拌和用水，节约水泥，从而降低了水化热。若是泵送混凝土，同时在炎热的夏天，为了延缓凝结时间，要加缓凝剂，反之凝结时间过早，将影响混凝土的输送和浇筑面的粘结，易出现层间缝隙，使混凝土防水、抗裂和整体强度下降。为了防止混凝土的初始裂缝，可掺加膨胀剂，如UEA 膨胀剂等。

6 浇筑时的控制措施

加强混凝土的浇灌振捣，提高密实度。

混凝土尽可能晚拆模，拆模后混凝土表面温度不应下降15℃以上。

采用两次振捣技术，改善混凝土强度，提高抗裂性。

加强混凝土的养护及测温工作。混凝土浇筑完毕后，应及时按温控技术措施的要求进行保温养护，保温养护是大体积混凝土施工的关键环节，其目的主要是降低大体积混凝土浇筑块体的内外温差值以降低混凝土块体的自约束应力；其次是降低大体积混凝土浇筑块体的降温速度，充分利用混凝土的抗拉强度，以提高混凝土块体的抗裂能力，同时，在养护过程中保持良好的湿度和抗风条件，使混凝土在良好的环境下养护。具体应使混凝土浇筑块体的里外温差及降温速度满足温控指标的要求，保温养护的持续时间应根据温度应力加以控制、确定，保温覆盖层的拆除应分层逐步进行；在保温养护过程中，应保持混凝土表面的湿润。施工人员需根据事先确定的温控指标的要求，来确定大体积混凝土浇筑后的养护措施，如采用蓄水法保温养护等。

7 细节性工作的控制措施

混凝土的搅拌要严格按照规范进行，搅拌时间必须充足，配有外加剂的更要搅拌均匀，否则可能造成同一块板中混凝土的性质不同，收缩凝结不均匀而引起开裂。另外，使用外加剂的量必须计算准确，用法正确，要对各种外加剂与不同水泥的相容性匹配关系有明确标识。混凝土的运输、浇筑和振捣必须在初凝前完成并确保板厚，保持构件中各种钢筋的正确位置，专人负责振捣。

混凝土浇筑后应防止过早在其上进行施工、堆积物料等活动。

施工缝应按审批合格后的施工方案预留位置。雨季施工应采取防护措施，避免随意停工留缝。施工接茬处应该用钢丝刷清洗干净缝口，并扫水泥浆，必要时还要在接茬处设置钢丝网或采取其他可行措施防止产生收缩裂缝。混凝土的养护对控制混凝土的收缩裂缝起着举足轻重的作用。因此，混凝土浇筑完成后，必须掌握好养护时间，在规定时间内保持混凝土的湿度，控制其表面温度，避免混凝土的内外温差过大而导致裂缝。

8 后浇带的施工控制措施

关于后浇带的施工，应该注意以下事项。后浇带的相邻板块两侧的模板应支撑牢固，模板在后浇带浇筑前不得拆除，且必须在后浇带补浇混凝土的强度达到设计强度后方可拆除支撑模板。

另外，对后浇带施工缝部位的处理，要将施工缝两侧的旧混凝土表面凿毛，用水彻底冲刷干净，使旧混凝土充分湿润，再扫两次水泥浆后方能浇筑新混凝土，混凝土初凝后必须覆盖养护。后浇带施工缝的新浇混凝土的时间应根据工程的实际情况而定，一般应距原浇混凝土的时间不小于40 天，补浇混凝土的强度应比原设计强度提高一级，并加入 10％膨胀剂。

由于收缩和温差变形这两大因素所产生的非结构性裂缝，在一般情况下尚不至于造成明显的危害，但对工程质量和建筑结构的耐久性都有一定影响，因此这些裂缝应当引起我们的足够的重视。我们应该在实际工程中针对裂缝产生原因和容易发生的部位，采取有效的设计控制措施及施工技术防范措施，从各个环节上下功夫，将非结构性裂缝严格控制在国家规范允许的范围之内，以确保我们施工的建筑质量过关。

三、结论

混凝土结构裂缝的发生的原因有时候很复杂也似乎是不可避免的，所以混凝土裂缝的防治重点在于“防”，而不在于“治”。

在采取了上述综合性控制措施后，由于各种原因仍可能有少量的混凝土裂缝发生。当这些裂缝发生后，必须先查明裂缝产生的原因，辨明裂缝的类型，才能正确的选择处理方法，同时要通过合理设计混凝土配合比、正确选用原材料、合理设计建筑结构、加强施工监控、严格遵守施工技术规程、提高施工技术水平，这样才有可能最大程度减少混凝土结构裂缝的产生，把裂缝宽度控制在设计范围内，尽量减少裂缝造成的危害。

参考文献：

[1]JGJ/T 50164-2011 混凝土质量控制标准

[2]GB50010-2016 混凝土结构设计规范

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[7] 琚军. 戈壁滩地区大体积混凝土施工裂缝控制新法.[J]. 城市建设理论研究.2014.